爬罐法掘進斜井在中東地區某礦山的應用

王彥龍,米麗平

(1.中國地質礦業總公司國際工程部，北京100029;2.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京100083)

1 礦山概況及斜井掘進面臨問題

1.1 礦山概況

礦山位于中東地區某國西南部高原，為銅鋅金多金屬礦山，開采方式為地下開采，斜坡道開拓，采礦方法為分段空場嗣后充填法，礦山設計日采礦能力2000t/d，礦山服務年限為16a。

礦床為塊狀硫化物礦床，礦體位于阿拉伯地盾南部，在火山巖、沉積巖和侵入巖的邊緣弧形雜巖層中。礦體的平均水平厚度為7.8m，礦石體重3.5t/m3；圍巖體重2.6～2.8t/m3。礦巖均堅硬致密，堅固性系數為10～15，不易開鑿與爆破。工程地質條件中等，偏于復雜。

1.2 該礦斜井掘進面臨問題

該礦共分3個中段，每個中段高95m，通風方式為中央對角式，其中兩翼風井為階段風井。該礦設計主風井、局部入風井及出風井、溜礦井均為斜井，斷面大小均為4m×4m，傾角69°。據統計，斜井總長1278m，占整個開拓工程總量的6%。

在該礦工程中，斜井的施工難度最大，因此安全高效地掘進斜井對該礦山開發致關重要。爬罐法是爬罐以自帶驅動裝置的工作臺，沿固定在斜井或豎井井壁上的導軌上下爬行，運送人員、材料和設備并進行鑿巖、裝藥連線等掘進作業的一種施工方法。具有適應性強、機械化程度高、工人勞動強度低等特點。本礦山結合具體施工條件，采用爬罐法掘進斜井并對施工過程及技術參數進行了優化。

2 火工品及爬罐主要技術參數

2.1 火工品的規格型號及特點

火工品性能是爆破效果的關鍵因素，礦山所在國生產的火工品與國內略有不同，其技術參數如表1所示。

該國kemulex卷裝藥的包裝與國內不同，國內卷裝藥為蠟紙包裝，兩頭為平頭，而本地卷裝藥包裝為塑封，兩頭為鉛封尖頭。為了保證裝藥密度與爆破質量，在裝藥前需要將兩端的尖頭切掉。

該國導爆管共分25個段，延時與時間間隔均能滿足風井掘進爆破要求。

該國法律規定井下爆破只能用電雷管起爆。

2.2 爬罐主要技術參數

該礦斜井掘進主要設備為爬罐與YT28鉆機，其中爬罐的主要技術參數如表2所示。

表1 主要火工品技術參數

表2 爬罐主要技術參數

3 斜井掘進方案的選擇

3.1 斜井及爬罐硐室設計

該礦山斜井設計斷面大小4m×4m，角度69°；爬罐硐室斷面大小5m×4.5m，硐室長20m，采用錨網支護。

3.2 掘進方案

因風井設計斷面為4m×4m，爬罐的平臺尺寸為2.13m×3.7m，不能利用爬罐進行風井的全斷面掘進。因此根據設備參數與天井規格特點，設計了兩種掘進方案：邊掘邊刷方案和先掘后刷方案。

邊掘邊刷的方案。根據爬罐規格，沿導向孔，先行掘進2.43m×4m的導向井，在掘進10m左右后，同時進行刷幫的施工，刷幫工作面比導向井工作面滯后10m左右，導向井工作面與刷幫工作面同時起爆。

先掘后刷方案。根據爬罐規格，沿導向孔，先行掘進2.43m×4m的導向井。待2.43m×4m的導向斜井形成后，再從下部往上，進行整條斜井刷幫的施工，擴幫成4m×4m的斷面。

方案確定。制約斜井安全、快速施工的關鍵因素有兩個，一個是鑿巖爆破時間，另一個是通風問題，豎井越高，施工難度越大，通風時間越長，危險性越大，因此減少獨頭掘進時間，早日安全貫通，是掘進工程的目標。經過對比，礦山選擇了第二種方案，即先行掘進導向井，貫通后再刷幫的方案。與第一種方案相比，第二種方案有以下優點： ①導向井貫通時間早，從而解決了因通風困難造成的安全問題；②導向井貫通后，井內作業環境得到改善，加快了作業速度，減少了工人在斜井中的作業時間，大大提高了作業安全系數；③完成整條斜井所用的時間短。以120m長的斜井為例，第二種方案可以比第一種方案平均節約1/4的時間；斜井越長，節省時間越多。

4 爬罐施工

4.1 導向孔

為了確保風井位置，減少施工中的測量時間，提高施工的工作效率和安全系數，在每個斜井掘進前，利用Sandvik地質鉆機鉆進直徑76mm導向孔。

4.2 掘進施工

斜井施工不同于豎井施工，如果炮孔布置不合理、導爆管延時不合理或施工質量不好，容易導致爆破后的巖石打在巖壁上反彈或相互撞擊，將爬罐導軌及其他附屬構件炸壞。因此，要取得優良的爆破效果，必須結合礦山實際情況，進行爆破工藝和施工的優化。

根據斜井斷面設計、巖石性質、火工品特點等，優化后的炮孔設計如圖1所示。

圖1 導向井炮孔布置圖(單位：mm)

該炮孔設計及施工遵守以下原則：

1)陶槽孔布置在導軌的對側，位于導向井長邊約2/3處?？拷鼘к壍呐诳自诒畴x導軌方向上傾斜，傾斜角度10°～15°，避免導軌和固定導軌的錨桿被爆破巖石打壞。

2)在靠近爬罐安裝導軌的位置，鉆孔布置較密，且在導軌兩側的鉆孔，一個向導軌傾斜，傾斜角度5°～10°，另一個孔與導軌平行。這樣爆破后導向井的上盤較平整，有利用爬罐導軌的延伸和安全運行。

3)嚴控鉆孔質量。在鑿巖工程中嚴格控制炮孔施工質量和傾斜角度，防止爆破巖渣打落在巖壁上造成反彈打壞爬罐導軌。

4)若平臺和巖壁距離超過15cm，進行鉆孔、撬毛和導軌安裝時必須使用安全帶。

裝藥結構、導爆管延時時間和起爆順序如下：

1#孔、6～37#孔采用反向裝藥，起爆藥包裝在炮孔底部。38～48#孔采用正向裝藥，起爆藥包裝在從孔口數第二節。所有導爆管必須嚴格裝在起爆藥包的正中間，不能靠近外皮，防止雷管不能起爆藥包。所有炮孔采用炸藥包裝紙堵塞并壓實，保證裝藥密度并防止掉落。裝好藥后，不能用力往外拉雷管，防止起爆雷管位置變動和拉壞雷管裝置，影響爆破效果或出現盲炮。各炮孔裝藥系數見表3。

經過反復的實驗，該礦山采用10種段別的導爆管，取得了良好的爆破效果。中心眼使用低段別的導爆管作為首爆雷管，并按1#孔→6～9#孔→10～13#孔→14～21#孔→22～37#孔→38～42#孔→43～48#孔的起爆順序，導爆管段別依次升高。其中6～9#孔與10～13#孔均采用兩個段別起爆，斜對角兩個炮孔使用同一段別，后爆雷管比先爆雷管延時200ms。6～9#孔第一個段別與中心眼延時間隔為300ms。14～21#孔比10～13#孔延時200ms，22～37#孔比14～21#孔延時200ms，38～42#孔、43～48#孔依次延時500ms。采用大間斷延時，可以防止爆破下的石塊相互撞擊后亂飛，砸傷爬罐導軌及附屬部件。

4.3 刷幫施工

炮孔布置。該礦使用YT28鑿巖機進行刷幫炮眼的鉆孔工作，為了操作方便，使用1.2m長的鉆桿，打孔深度900mm。炮孔間距760mm，炮孔排距0.65m。靠近導軌側的炮孔傾斜角度75°，這樣就避免了爆下的巖石砸壞爬罐導軌、電纜及其他構件。

裝藥結構及導爆管延時。刷幫炮孔全部采用正向裝藥，起爆藥包裝在從孔口數第一節，裝藥系數0.6，單側炮孔每次爆5排孔。炮孔延時從最下排至最上排依次延時間隔為200ms，同一排炮孔段別相同。兩側炮孔同時起爆。

1.3 疼痛護理查檢表的建立 由護理部主任、疼痛專業組長、疼痛醫生、疼痛護士、藥劑師共5人組成專家討論組，在前期臨床調研的基礎上，參考相關規范/指南，按照患者入院-疼痛評估-疼痛干預及護理-疼痛隨訪的流程，構建疼痛護理查檢表。通過對16名疼痛專家(專家權威程度系數是0.97)的2輪函詢，最終篩選出包括疼痛評估、疼痛護理、疼痛記錄、健康教育、疼痛隨訪、鎮痛泵管理、疼痛護士職責共7項內容的疼痛護理查檢表。具體內容見圖1。其中，健康教育知曉的判斷標準：①無須忍痛；②阿片類藥物成癮罕見；③按時服藥，不隨意增減藥物劑量。以上3條內容全部答對即為健康教育內容知曉。

4.4 連線及起爆方式

裝藥完畢后，進行起爆網路的連接。先將掌子面的導爆管均勻分簇，分簇導爆管不超過20支，然后使用長2m左右的導爆索連接分簇導爆管。再將支線導爆索連接到干線導爆索上，干線導爆索一直拉至斜井底部5m遠外的地方。然后將電雷管與干線導爆索相連，電雷管腳線與爆破母線相連，用起爆器在安全地帶起爆。

此種連接及起爆方式具有如下優點：

1) 安全。連接方法不受井筒雜散電流的影響，比使用電雷管直接連接分支導爆管或采用導爆管連接分支導爆管安全。

2)爆破效率高。使用導爆索簇連網路，導爆索傳爆速度快，無金屬碎屑，避免了使用導爆管簇連網路過程中，炮孔導爆管的腳線被導爆管的金屬碎屑切斷，從而產生盲炮的缺陷。

3)爆破網路可靠，拒爆現象少。導爆管因串聯連接，接頭多，一枚導爆管拒爆，造成整個爆破失敗。使用導爆索則可避免這種情況。

4)爆破成本低。使用導爆索簇連網路的爆破成本是采用導爆管簇連網路成本的1/2。

4.5 爆破技術參數

導向井爆破技術參數如表3所示。

表3 導向井爆破技術參數

4.6 通風問題

導向井通風。放炮后，打開爬罐的風水門，高壓風水通過導軌頂端保護蓋板上的噴孔以風水混合物的形式噴灑出來，以排除工作面的炮煙與灰塵。為了加快通風，在斜井底附近平巷內，安裝1臺SD-NO 9.5型60kW軸流式局扇進行抽出式通風，污風經直徑800mm的風筒導入回風巷中排出。

刷幫工程通風。刷幫工程的通風，直接采用壓入式。利用安裝在斜井底部附近平巷內SD-NO 9.5型60kW軸流式局扇風將進風巷道的新鮮風流從下向上壓入風井，污風直接排出地表或排入上部回風巷道。

4.7 撬毛

通風完畢后，工人乘坐在爬罐罐籠里，利用作業平臺為護頂升至工作面，然后爬至作業平臺上，工人在安全護頂下進行撬毛作業。整個斜井的撬毛順序為從上往下。工人在進入時，攜帶便攜式氣體檢測儀，邊爬升邊檢測，符合標準后，方可繼續進入，開展下一步工作。

4.8 施工過程中的安全技術措施

在斜井施工中，除了對作業人員進行安全技術培訓、遵守爬罐操作規程外，礦山還采取了以下主要安全技術措施：

1)每班作業前后對爬罐及其附屬設施進行安全檢查工作；每周日組織安全、電氣、設備等專業人員進行定期檢查。

2)在掘進斜井前，在斜井上部、底部劃出警戒區，并設置安全護欄，掛設警示標志。施工過程中，派專人看護，防止人員、車輛靠近，防止爆破地震波或從地質鉆孔中沖出的沖擊波等造成人身傷害。

3)禁止撬毛與下部出渣同時進行。

4)通地表的斜風井，在貫通前(不少于20m)，做好井口的鎖口工作。

5)刷幫前，在斜井口上架設網格為10cm×10cm的鋼制防護格網，防止人員或物件掉落。

6)裝藥前停掉爬罐電源和井內的通訊設施，并檢測雜散電流，合格后方可進行火工品的運輸、裝藥和連線工作，運輸過程中炸藥與雷管分別存放在炸藥箱與雷管箱中。裝完藥后，爬罐靠重力下降至爬罐硐室。

7)各班在進入斜井時，佩戴便攜式有毒有害氣體檢測儀器，邊進入邊檢測，符合標準后，方可繼續進入。

5 施工效果分析

1)該礦斜井由于采用了合理的掘進方案，優化的爆破技術，充分發揮出了爬罐性能，掘進速度明顯提高，平均掘進速度達124.5m/月。

2)爆破技術參數優化后，保證了施工安全，在施工過程中未發生爬罐和導軌被炸壞事故，未發生重大人身傷亡事故。

3)由于炮孔布置合理，施工質量大大提高。爆破出的斜井斷面規整，為今后支護或梯子安裝創造了有利條件。同時還大大減少了天井貫通后后續工作的工作量，縮短了工期，提高了施工效率。

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